지구란 무엇인가? (두 번째)

(▲ 지구본)

"지구란 무엇인가?"

 

딱딱! 안녕하세요. 지식연구소의 딱따구리입니다. 반갑딱:) 😘

이번 포스팅도 저번시간에 이어서 지구에대해 알아보려합니다.

지구의 지각과 구조 등 긴말필요 없이 바로 알아볼까요?

 

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대륙지각이 충분히 형성되고 나서부터는 수억 년을 주기로 하여 지구 표면의 대륙들이 모이고 다시 합쳐지기를 되풀이해왔습니다. 언제부터 이 주기가 시작되었는지는 아직 명확하게 결정되지 않았습니다. 때때로 대륙들이 모두 뭉쳐 형성한 하나의 큰 대륙을 초대륙이라고 합니다. 초대륙의 개수와 그 존재에 대해서는 의견이 분분한것이 많습니다. 초대륙 네나나 케놀랜드 등이 그 예입니다. 지금까지 존재 시기가 결정된 초대륙에는 30억년전의 우르(초대륙이 아니라 가장 큰 대륙이라 하는 학자도 있음) 18억년전 컬럼비아, 10억년~7억5천만 년 전의 로디니아, 6억년에서 5억4천만 년 전의 판노시아, 그리고 2억년 전의 판게아 등이 있습니다. 일부 학자들은 로라시아와 곤드와나대륙, 아메리카대륙, 현재의 유라시아-아프리카대륙도 초대륙이라 보는 학자들도 있습니다.

 

지각의 이동을 설명하는 방법은 여러가지로 변해왔습니다. 가장 먼저 나온 이론은 지구수축설입니다. 지구의 속이 냉각하며 부피가 준다는 이론으로 르네 데카르트가 제안했습니다. 하지만 산맥, 골짜기의 폭이라던지 특수한 지대만 있는 습곡 산맥등을 설명하지 못하였습니다. 1940년대에는 이에 조금 더 발전된 저온기원설이 발표된 후, 지구수축설을 누르고 잠시동안 지각의 이동을 설명하는 방법이 되었었습니다. 1912년, 독일의 알프레드 베게너(Alfred Wegener)가 대륙이동설을 발표했습니다. 그러나 이것의 원동력을 설명하지 못해서 지지를 받지 못하였습니다. 다음으로 나온것은 1929년 홈스에 의한 맨틀대류설입니다. 이는 맨틀의 대류에 의한 판의 이동을 설명함으로 습곡산맥, 해령, 해구 등을 설명 할 수 있었습니다. 다음은 1960년대 미국의 디에츠와 헤스(Harry Hess)의 해저확장설입니다. 해저확장설은 해저의 해령에서 끊임없이 대륙이 생겨나간다고 주장하는 학설입니다. 가장 최근에 나온 설은 플룸 구조론(plume tectonics)입니다. 지진파를 통해 알아낸 지구 내부의 열 온도가 일정하지 않다는 것으로 나온 가설이 플룸 구조론입니다. 차가운 플룸과 뜨거운 플룸이 유동하면서 지구내부를 유동한다는 가설입니다. 이 외에도, 지금 이 순간에도 새로운 가설들이 나오고 있지만, 아직은 확실한것이 무엇인지 모릅니다.

 

(▲ 지구 내부 구조)

지구의 대부분은 수성, 금성, 화성, 달과 마찬가지로 암석과 금속으로 이루어져 있습니다. 지구를 포함한 이들 다섯 천체 중에서 지구는 가장 무거우며 또한 큽니다. 밀도 역시 가장 높으며, 표면 중력, 자기장, 자전 각속도가 가장 큰 천체입니다.

 

지구의 내부구조는 대체로 층상 구조를 이루고 있습니다. 지구의 최외각부분은 주로 유체로 되어 있는데, 구성 물질에 따라서 대기권, 수권으로 구분합니다. 생물권은 그 양이 매우 작고, 대부분의 경우 지구의 물리적 층으로는 인정하지 않고 있습니다.

 

전통적 방법으로 구분한 지구의 층상 구조는 가장 바깥부분부터 지각, 맨틀, 핵(핵은 다시 외핵과 내핵으로 나뉜다.) 순입니다. 이것은 화학적 구성 성분의 변화를 기준으로 구분한 것입니다. 가장 바깥부분을 이루고 있는 층인 지각은 그 두께가 지구 반지름에 비하여 매우 얇고 지역에 따른 구조 및 성분의 변화가 심한 특징이 있습니다. 지각은 다시 밀도에 따라 크게 두 종류로 나뉘는데, 대륙지각과 해양지각이 바로 그것입니다. 대륙지각은 주로 알루미늄, 소듐, 포타슘과 같이 상대적으로 가벼운 원소와 결합한 규산염 화합물이 주성분인 광물로 이루어져 있는 반면, 해양지각은 철, 마그네슘, 같이 무거운 원소를 양이온으로 가지는 규산염 광물 화합물이 주성분입니다. 지각에서의 밀도 차이가 대륙지각이 상부에 있고, 해양지각이 하부에 있는 구조를 나타내지는 않습니다. 지각 평형설에 따르면, 대륙지각은 낮은 밀도를 보상하기 위해서 두꺼워야하고, 해양지각은 얇아야 합니다. 이러한 까닭에 대륙지각의 두께는 30에서 70km에 달하는 반면, 해양지각의 두께는 10km도 채 되지 않습니다. 대륙지각은 오랫동안 풍화의 산물들이 모여 생긱 것이기 때문에 그 구조와 성분이 지역에 따라 판이하게 달라지는데 반하여, 해양지각은 온 지구에 걸쳐서 거의 동일한 기작을 통하여 형성되기 때문에 매우 균질한 양상을 보입니다.

 

지각의 맨 아래 부분은 모호로비치치 불연속면(짧게 모호면)이라고 하며, 이 면을 경계로 하여 지진파의 속도가 상당히 빨라집니다. 지진파의 속도는 물성과 관계가 깊기 때문에 모호면 상하로 구성 물질의 변화가 있을 것으로 생각하며, 그 아래 부분을 맨틀이라고 합니다. 맨틀은 모호면 바로 아래에서부터 시작하여 깊이 2900km에 이르는 구역을 가리킵니다. 따라서 맨틀의 주요 구성 성분인 규산염 광물 역시 깊이에 따라서 매우 광범위한 변화를 보입니다. 최상부에서 맨틀을 이루는 감람석의 밀도는 약 3.3g/cm3인 반면, 가장 하부의 맨틀은 그 밀도가 약 5.5g/cm3에 달할 것으로 추정하고 있습니다. 맨틀의 최상부는 주로 감람석으로 구성되어 있고 깊이 420km까지를 차지합니다. 그 이하의 깊이에서 감람석은 높은 압력으로 인하여 스피넬 구조로 상변이를 일으킵니다. 깊이가 660km에 이르면 높은 압력으로 인해 감람석은 페롭스카이트로 상전이를 일으키며 마그네슘 산화물과 공존합니다. 이 깊이 이하를 하부맨틀이라고 하여 상부맨틀과 구분합니다. 맨틀은 단단한 암석으로 이루어져 있지만 매우 오랫동안에는 유체퍼럼 행동하여 대류를 일으킵니다. 최근의 연구 중에는 핵과 맨틀의 경계에 가까운 맨틀에서는 매우 높은 압력으로 인해 페롭스카이트가 또 다시 상전이를 일으켜 이방성 광물로 변화하며, 이 상전이는 온도에 상당히 민감한 변화이기 때문에 지역마다 존재 여부가 달라진다는 견해가 있습니다.

 

핵은 맨틀이나 지각과는 달리 철과 니켈이 주성분인 금속으로 되어 있습니다. 핵은 지구 형성 초기에 밀도에 따른 중력 분화 과정에서 무거운 원소가 중력 포텐셜이 낮은 중심으로 모이면서 생겼습니다. 이러한 갑작스런 물질 조성의 변화 때문에 핵과 맨틀의 경계는 뚜렷한 구분을 보이는데, 이 면을 구텐베르크면이라고 합니다. 핵은 깊이 5100km를 경계로 또 다시 두 층으로 나뉘는데, 외핵과 내핵이 그것입니다. 외핵은 S파가 전달되지 못하는 것으로 보아 액체 상태로 되어 있다고 추정하고 있으며, 내핵은 고체 상태로 여겨집니다. 내핵과 외핵의 경계면은 레만면이라고 합니다. 외핵은 액체 상태로 지구의 공전과 열역학의 영향을 받으며 대류하고 있다고 추정하고 있으며, 외핵의 전도성의 유체의 운동에 의해 지구의 강력한 자기장이 유지되고 있다고 생각되고 있습니다.

 

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이번 포스팅에서는 지구의 지각이동과 구조에 대해서 알아보았습니다.

지구의 핵은 외핵과 내핵으로 나뉜다고 했습니다. 추가로 알아본 바로는 외핵의 온도는 섭씨 3000~5500도나 된다고 하네요. 내핵의 온도는 무려 섭씨 5500도 이상이라고 합니다. 엄청 나죠??

지구의 두 번째 이야기를 이것으로 마치며 다음시간에 지구의 자전과 공전, 지구 온난화 등 지구의 마지막 포스팅으로 찾아 뵙도록 하겠습니다.

 

그럼 딱따구리의 지식연구소는 여기까지! 😊

 

오늘도 좋은 하루 보내세요. 딱딱:)

 

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2019/10/26 - 지구란 무엇인가? (첫 번째)